华为车海平:共建先进工业网络 共创智能制造新价值

百家 作者:华为 2022-01-14 21:48:36 阅读:256


国家智能制造专家委员会委员、华为公司高级副总裁、
华为数字转型首席战略官 车海平

智能制造是制造强国建设的必然之路。工信部等八部门联合发布的《“十四五”智能制造发展规划》(简称规划)指出:以新一代信息技术与先进制造技术深度融合为主线,深入实施智能制造工程,着力提升创新能力、供给能力、支撑能力和应用水平,加快构建智能制造发展生态。构建先进工业网络,推动跨学科、跨领域融合创新,实现虚实融合,将持续提升创新效能。


智能制造牵引制造业新型基础设施


新一轮技术及产业革命正在蓬勃开展,“一次工业革命,一代生产设施,一种经济范式”,制造领域催生新一代生产型新型基础设施已是工业革命的必然趋势。规划指出“十四五及未来相当长一段时期,推进智能制造,要立足制造本质,紧扣智能特征,以工艺、装备为核心,以数据为基础”。


通过“以数据为基础,紧扣智能特征”的知识生产范式升级,实现工艺、装备等核心对象的智能化升级。这里的关键在于工业装备、工控系统等对象,充分利用数字技术对其内涵的行业知识演化构筑数字化累进的新范式,促进其内在技术元素与架构开展解构和建构的重组,使装备体系供给品向智能生产自治系统升级。


具体而言,将算法、工业机理与工业设备软硬件等要素,按照工业生产自身业务规律,基于高内聚、松耦合架构原则开展重构,实现工业知识(控制、工艺、管理等生产逻辑的数字化载体)的模块化、可复用、高协同、自优化,以组件的形式独立迭代、持续沉淀,从而更高效、敏捷地提升工艺水平,构筑以智能装备及其全生命周期经营为价值锚点的开放数字生态。在工业软件层面,也正以类似的产业逻辑,向开放数字生态演进。


面向未来,以数据和装备体系为两个核心要素,构建线上数字空间与线下制造装备物理空间之间的有机融合,形成智能制造新型基础设施,开展按需柔性生产,成为业态升级的核心基点,培育制造业的新型产业生态。基于此,传统装备叠加智能、叠加数字资产,开启工业装备数字化新篇章;传统工业软件逐步实现微服务化、智能化,催生新型工业APP,开启工业软件云原生化新征程。围绕工业知识生产的范式升级,形成工业知识市场的数字生态,加速工业数据价值化。


当前工业设备品类众多、工业协议“七国八制”、数据格式规范各不相同,难以实现数据在生态内价值流上全网范围的高效流动。前述智能制造新型基础设施中涵盖的工业装备数字化、工业软件云原生化、工业数据价值化,都需要以工业网络升级为基础。以解决‘第一公里’基本问题为先,“实现数据上得来,智能下得去、上下游贯通”,培育“数据流动、知识生产及复用”新模式的发展方向,才能有效提高装备资产利用率、产品品质、创新和商业敏捷度。


新一代先进工业网络以“设备网联化、联接IP化、网络智能化”为关键特征,具备全面深度感知数据、实时传输交互数据、按需部署AI算力的使能框架,将为智能制造的新价值构筑打造坚实基础。



先进工业网络三大特征


设备网联化:沉淀在本地的工业数据要发挥作用,设备首先要联网。根据《智能制造发展指数报告2020》,中国设备联网率约为23%,工业设备网络化水平还有很大的提升空间。

一方面大量的设备没有联网,老旧设备多、数字化水平低,很多工厂里存在大量传感器、执行器、机器人、仪表、阀门等哑终端。这些哑终端大都只支持RS485/RS232、DI/DO等接口,无法直接连接网络进行数据传输,需要网关进行接口转换及数据封装,改造工作量大且成本高;另一方面,虽然23%的设备联网了,但通信协议不统一,协议标准众多且相对封闭,各成体系,互联互通困难,形成了 “烟囱式”的封闭和碎片化格局,极大地阻碍了工业领域向智能制造方向的发展。

工厂中设备逐步呈现出全连接的趋势,应围绕不同垂直行业网络改造需求,结合实际应用场景,采用5G/Wi-Fi 6/以太/光等技术在原有控制网络之外叠加部署另一张支撑新业务流程的网络及相关设备,或者对已有工业设备和网络设备进行升级。

联接IP化:新一代信息技术赋能智能制造的关键包括生产数据采集、知识生成迭代等;现场工艺的优化,是在工艺作用域内的闭环过程,在该域内需要统一的通信协议才能更好地提升优化活动本身的效率及经济性。针对工业协议的七国八制,“各说各话”导致的难以互通问题,端到端的开放而安全的IP网络将是解决之道。

电信网络的IP化,可以作为一个典型可借鉴的例子来看待。电信网络在PSTN和GSM时代也曾经是架构落后、创新乏力、“七国八制”、互不兼容,无法支撑电信行业的持续成长。从2005年开始,电信网络架构经历了“接口IP化、内核IP化、架构IP化、业务IP化”四个阶段,逐步走向All IP架构,大幅提升了网络带宽,丰富了网络能力,简化了网络运维,焕发了产业链上下游众多主体的创新活力,促进了移动互联网时代的大发展,也为电信行业进一步拥抱云计算、人工智能等新技术打下了良好的基础。

工业网络联接的IP化不是一蹴而就的,而是一个由外向内、自上而下的发展过程,工厂外网首先实现了IP化,工厂内网的IP化正在自上而下逐步推进。随着IPv6的规模部署、IPv6+创新应用,推动IP技术面向工业数字化典型场景不断与时俱进,多业务网络切片、确定性IP服务、SRv6源路由、网络性能测量与分析等新技术更好地服务于工业场景,这必将加速工业网络联接IP化的进程;推动管理经营层面的信息技术(IT)网络与生产控制层面的作业技术(OT)网络融合,加速工业数据采集、分析和人工智能技术深入工厂、车间和生产线,实现远程集控,孵化现场少人化、无人化的新型生产模式和新业态。 

网络智能化:工业的智能化,除了在研发、生产、供应链、协同以及服务过程中的全面智能决策,以及,在上述业务系统和流程中内嵌的工业网络的智能化也不容忽视。生产线的数字化改造,提升了生产效率,网络在工厂里越来越重要,网络服务供给的品质需要柔性地匹配工业现场的生产管理和作业逻辑的要求,而任何网络故障都有可能影响生产。

因此,我们需要保障网络7x24小时不中断,除了在网络设计时做好可靠性及冗余保障外,网络的智能运维优化也是非常关键的。同时,随着越来越多的物联网终端在工厂内使用,工业网络的安全防护至关重要,而且在安全保障的同时,关键系统不能增加时延/抖动,因此通用的防御技术难以部署。《规划》里也多次提到要重视工业网络安全。

未来的工业网络需要高度自治,通过网络分片在一张网络里承载多种不同的业务应用的安全性及可靠性,实时感知工业应用进行确定性的体验保障,实现端到端的体验可视。基于AI能力实现网络的智能管理与运维;安全需求推动网络进一步走向智能化,需要AI能力进行行为分析与意图预判,基于终端行为检测分析通过大数据+AI算法+专家经验,建立业务正常行为基线,通过AI行为建模识别系统与协议的异常。


先进工业网络促进智能制造创新发展


➤ 构建智能制造系统的基础支撑:知识生产的范式升级以及在工业领域的普惠化可以被视为智能制造实现路径中的关键,主要包括两点:


一是工业装备数字化领域,赋机器以智能。通过将现场数据按智能生产自治域加工生产形成增量可执行知识,从而优化生产域内的工艺、控制、管理逻辑,将工业装备供给升级为平台化生态;


二是工业生产性服务领域,予服务以平台,通过充分激活行业内供需多方生态共同的力量,尤其是行业内多类专业领域行业知识的数字化、服务化、平台化,多平台协同形成一个在新的生产性服务供给体系,覆盖工业企业的研发设计、生产管控、产品生命周期管理、资产生命周期管理、客户生命周期管理、供应链管理等多个环节。


这两者是智能制造新型基础设施的关键支撑,都需要先进的工业网络做数据互通的底座,通过标准化手段,解决生产设施和通信设施、信息技术设施融合互通的问题,实现工业的数字化、网络化、智能化。


➤ 推动新型工业智能控制架构发展:社会经济、科技的发展使得工业生产的规模,复杂性越来越大,传统以现场操作为主的局域网方式不能适应以集控为主的大规模生产的诉求;新业务的加入,也使得传统的低带宽的工控网络面临改造。


IT与OT融合的网络架构是下一代智能工控体系架构的必然选择,下一代智能工业体系架构不仅仅在架构上将走向更简化的云边端三层,并且真正实现工业装备的全智能、全互联,具有“全局优化、动态重构、工控域和管理域融合”等特点。


先进工业网络将是新型工业智能控制系统的网络底座,需同时提供“尽力而为”和“确定性”的数据通信服务,融合IT/OT域,支撑多源异构数据采集和信息获取、基于工业机理和数字孪生的智能分析和预测、决策系统和控制过程的集成。从传统的PLC控制走向控制和智能的融合,国产工业设备厂商也将迎来新的发展机遇。


《规划》明确指出推动先进工艺、信息技术与制造装备深度融合。产业共同推动先进工业网络发展,践行《规划》指示,落实工业装备智能化、工业网络IP化、工业数据价值化,整体赋能行业共性生产力以新模式更快速地升级,让更多企业在更高的平台上、更低的门槛、更高效的生态环境中转型,实现中国智能制造的高质量发展。

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